Urea-SCR排气后处理系统在重型柴油机中的应用

摘要

明年我国将全面实施国家机动车第1II阶段排放标准，北京市计划2008年提前实施国家机动车第Ⅳ阶段排放标准。 一般认为，重型柴油机仅仅依靠机内优化措施不能满足第Ⅳ阶段排放限值的要求，达到第Ⅳ阶段排放标准必须采用排气后处理系统。在众多的柴油机排气后处理措施中，选择性催化还原(SelectiveCatalyticReduction)技术最有前途，尤其针对重型柴油机的NOx排放。 重型柴油机应用SCR系统通常采用如下的技术路线：先对柴油机的油耗进行优化使颗粒排放降低，同时允许NOx升高，然后再将升高的NOx利用SCR技术降低。安装SCR系统后，重型柴油机的经济性能和排放性能会有很大的提高。 本文作者课题组针对从德国引进的SCR系统进行了基础性的研究，研究内容包括SCR系统各部件的功能，压缩空气压力的确定，计量阀开启频率的确定，尿素水溶液最低喷入温度的确定，计量单元流量特性的标定等。SCR系统催化器对柴油机燃用高硫柴油的敏感程度决定了该项技术是否适合在我国应用。为了评价SCR系统催化器的可靠性，在掌握了该系统的基础特性以后，将其装配在某重型柴油机上进行了1000小时高硫燃油可靠性试验。试验结果说明尿素水溶液最低喷入温度为280℃时，催化器的活性比较稳定；当最低喷入温度为200℃时，催化器的活性经过一段使用时间后有所下降。完成SCR系统催化器可靠性试验以后，根据GBl7691—2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法》对柴油机和排气后处理措施提出的要求对SCR系统进行了评价论证试验。三次有针对性的欧洲稳态测试循环发现SCR系统对排气中NOx和HC排放的降低作用非常显著，但是柴油机颗粒排放达不到第Ⅳ阶段排放要求。优化发动机的喷油规律后继续进行了评价论证试验，试验结果说明该型式的重型柴油机装配SCR系统后可以达到第Ⅳ阶段排放水平。 为了实现SCR系统的国产化，本文最后简单的探索了SCR系统的替代方案。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1引言

1.2排放法规三大体系

1.3排放控制技术

1.4课题的提出

1.4.1利用SCR系统降低NOx的机理

1.4.2 SCR系统在国外的应用现状

1.5本文主要研究内容

1.6本章小结

第2章 SCR系统特性基础研究

2.1试验条件

2.2 SCR系统特性基础研究

2.2.1还原剂种类的选择以及浓度的确定方法

2.2.2尿素水溶液浓度的检测方法

2.2.3 SCR系统控制器的搭建

2.2.4空气压力的确定

2.2.5计量阀开启频率的确定

2.2.6尿素水溶液理论需求量的确定

2.2.7计量装置

2.2.8最低喷入温度的确定

2.2.9本章小结

第3章 SCR催化器可靠性试验

3.1试验工况

3.2评价方法

3.2.1定义

3.2.2评价方法

3.3试验数据

3.3.1前900小时的试验数据

3.3.2最后100小时的试验数据

3.4试验结论

3.5本章小结

第4章 评价论证试验

4.1雾化空气对N0x排放的影响

4.2 ESC测试

4.2.1欧洲稳态测试循环简介

4.2.2 ESC测试

4.3 ETC测试

4.3.1欧洲瞬态测试循环

4.3.2 ETC测试结果

4.4结论

4.5本章小结

第5章 车用SCR系统替代方案的初步探索

5.1计量泵替代尿素泵和计量单元的可行性探讨

5.1.1 GMOO1OPR1MNN计量泵

5.1.2脉动阻尼器

5.1.3计量泵的流量特性

5.1.4计量泵需要进行的改进

5.2催化器的国产化

5.3喷嘴的替代方案

5.4方案集成

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文